Phần mềm mã nguồn mở QGIS

Phần mềm Mã Nguồn Mở QGIS. Tổng quan về phần mềm mã nguồn mở. Code up map lên web. Các cách hướng dẫn sử dụng phần mềm và phiên bản phần mềm. •Hệ thống thông tin địa lý còn gọi là GIS, theo tiếng Anh là viết tắt của các từ: “Geographic Information Systems”. Có thể nói chuyên từ GIS đã đang trở nên quen thuộc với nhiều người trên toàn thế giới.GIS được hình thành từ các ngành khoa học: Địa lý, Bản đồ, Tin học và Toán học.•GIS là một hệ thống thông tin (trên hệ máy tính) được thiết kế để thu thập, cập nhật, lưu trữ, tích hợp và xử lý, tra cứu, phân tích và hiển thị mọi dạng dữ liệu địa lý (có vị trí trên Trái đất). •Một hệ thống được gọi là GIS nếu nó có các công cụ hỗ trợ cho việc thao tác với dữ liệu không gian. Cơ sở dữ liệu GIS là sự tổng hợp có cấu trúc các dữ liệu số hóa không gian và phi không gian về các đối tượng bản đồ, mỗi liên hệ giữa các đối tượng không gian và các tính chất của một vùng tượng. •Như vậy, hệ thống thông tin địa lý là: một hệ thống phần mềm máy tính được sử dụng trong việc vẽ bản đồ, phân tích các vật thể, hiện tượng tồn tại trên trái đất. Công nghệ GIS tổng hợp các chức năng chung về quản lý dữ liệu như truy vấn (query) và phân tích thống kê (Statistical analysis) với sự thể hiện trực quan (visialization) và sự phân tích các vật thể hiện tượng không gian (geographic analysis) trong bản đồ. Sự khác biệt giữa GIS và các hệ thống thông tin thông thường là tính ứng dụng của nó rất rộng trong việc giải thích hiện tượng, dự báo và quy hoạch chiến lược.

Mục Lục

PHẦN I: GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG

TIN ĐỊA LÝ (GIS)

I Khái niệm hệ thống thông tin địa lý (GIS)

• Hệ thống thông tin địa lý còn gọi là GIS, theo tiếng Anh là viết tắt của các từ: “Geographic Information Systems” Có thể nói chuyên từ GIS đã đang trở nên quen thuộc với nhiều người trên toàn thế giới.GIS được hình thành từ các ngành khoa học: Địa lý, Bản đồ, Tin học và Toán học.

• GIS là một hệ thống thông tin (trên hệ máy tính) được thiết kế để thu thập, cập nhật, lưu trữ, tích hợp và xử lý, tra cứu, phân tích và hiển thị mọi dạng dữ liệu địa lý (có vị trí trên Trái đất)

• Một hệ thống được gọi là GIS nếu nó có các công cụ hỗ trợ cho việc thao tác với dữ liệu không gian Cơ sở dữ liệu GIS là sự tổng hợp có cấu trúc các dữ liệu số hóa không gian và phi không gian về các đối tượng bản đồ, mỗi liên hệ giữa các đối tượng không gian và các tính chất của một vùng tượng

• Như vậy, hệ thống thông tin địa lý là: một hệ thống phần mềm máy tính được sử dụng trong việc vẽ bản đồ, phân tích các vật thể, hiện tượng tồn tại trên trái đất Công nghệ GIS tổng hợp các chức năng chung về quản lý

dữ liệu như truy vấn (query) và phân tích thống kê (Statistical analysis) với sự thể hiện trực quan (visialization) và sự phân tích các vật thể hiện tượng không gian (geographic analysis) trong bản đồ Sự khác biệt giữa GIS và các hệ thống thông tin thông thường là tính ứng dụng của nó rất rộng trong việc giải thích hiện tượng, dự báo và quy hoạch chiến lược

Hình 1: Hệ Thống Tin Địa Lí.

II Chức năng cơ bản

• Hệ thống thông tin địa lý (GIS) là một hệ thống kết hợp giữa con người và hệ thống máy tính cùng các thiết bị ngoại vi để lưu trữ, xử lý, phân tích, hiển thị các thông tin địa lý để phục vụ một mục đích nghiên cứu và quản lý nhất định

• Xét dưới góc độ ứng dụng trong quản lý nhà nước, GIS có thể được hiểu như là một công nghệ xử lý tích hợp các dữ liệu có toạ độ (bản đồ) với các dạng dữ liệu khác để biến chúng thành thông tin hữu ích trợ giúp quyết định cho các nhà quản lý Cách hiểu này có thể khái quát lại trong hình dưới đây:

Hình 2: Chức năng cơ bản.

• Do các ứng dụng GIS trong thực tế quản lý nhà nước có tính đa dạng và phức tạp xét cả về khía cạnh tự nhiên, xã hội lẫn khía cạnh quản lý, những năm gần đây GIS thường được hiểu như một hệ thống thông tin đa quy mô, đa ngành và đa tỷ lệ Tuỳ thuộc vào nhu cầu của người sử dụng mà hệ thống có thể phải tích hợp thông tin ở nhiều mức khác nhau, nói đúng hơn, là ở các tỷ

lệ khác nhau.

 Một GIS có những nhóm chức năng cơ bản sau:

 Nhập và biến đổi dữ liệu địa lý:

Đây là quá trình chuyển đổi dạng dữ liệu từ dạng bản đồ giấy, từ tài liệu, văn bản khác nhau thành dạng số để có thể sử dụng được trong GIS Sau khi nhập số liệu và bản đồ vào máy tính, khâu tiền xử lý cho phép hoàn thiện dữ liệu - bản đồ trên máy với các nội dung như:

 Gắn thuộc tính cho các đối tượng bản đồ: Liên kết các dữ liệu không gian và dữ liệu thuộc tính

 Xây dựng cấu trúc topo (quan hệ không gian)

 Biên tập các lớp thông tin và trình bày bản đồ

 Chuyển đổi hệ chiếu (hệ tọa độ)

 Chuyển đổi khuôn dạng, cấu trúc dữ liệu bản đồ

 Quản lý dữ liệu:

Trong GIS, dữ liệu được sắp xếp theo các lớp (layer), theo chủ đề, theo không gian (khu vực), theo thời gian (năm tháng) và theo tầng cao và được lưu trữ ở các thư mục một cách hệ thống Chức năng quản lý dữ liệu của GIS được thể hiện qua các nội dung sau:

 Lưu trữ dữ liệu trong CSDL GIS

 Khôi phục dữ liệu từ CSDL

 Tổ chức dữ liệu theo những dạng cấu trúc dữ liệu thích hợp

 Thực hiện các chức năng lưu trữ và khôi phục trong các thiết bị lưu trữ.

 Truy nhập và cập nhật dữ liệu

 GIS có thể tìm kiếm đối tượng thỏa mãn những điều kiện cho trước một cách dễ dàng và chính xác.

 Xử lý và phân tích dữ liệu:

GIS cho phép xử lý trên máy tính hàng loạt các phép phân tích bản đồ và

số liệu một cách nhanh chóng chính xác, phục vụ các yêu cầu xây dựng bản đồ và phân tích quy hoạch lãnh thổ GIS có thể thực hiện các phép biến đổi bản đồ cơ bản, chồng xếp bản đồ, xử lý dữ liệu không gian theo các mô hình.

Hình 3: Các nhóm chức năng trong hệ thống GIS

 Kết xuất dữ liệu:

Chức năng xuất dữ liệu hay còn gọi là chức năng báo cáo của GIS cho phép hiển thị, trình bày các kết quả phân tích và mô hình hóa không gian Cácdữ liệu này có thể ở dạng bản đồ, bảng thuộc tính, báo cáo, biểu đồ trên màn hình máy tính hoặc trên các vật liệu truyền thống khác ở các tỷ lệ và chất lượng khác nhau tùy theo yêu cầu của người dùng Các dạng dữ liệu này phụ thuộc rất nhiều vào hệ thống GIS, các kỹ thuật, quy

III Những kỹ thuật phân tích và xử lý chính

IV Thành phần cơ bản

• Thành phần hiển thị bản đồ: (Cartographic Display System): cho phép chọn lọc dữ liệu trong hệ thống để tạo ra bản đồ mới sau đó trình bày lên màn hình hoặc đưa ra máy in, máy vẽ…

• Thành phần số hóa bản đồ: (Map Digitizing System Database): cho phép chuyển đổi các bản đồ trên giấy sang dạng số.

• Thành phần quản lý dữ liệu: (Database Management System): gồm các module cho phép người dùng nhập số liệu dạng bảng tính, phân tích và xử lý số liệu… Thành phần xử lý ảnh: (Image Processing

System): nắn chỉnh ảnh, xóa nhiễu, lọc ảnh, giải đoán ảnh vệ tinh, ảnh máy bay.

• Thành phần phân tích thống kê: (Statistical Analysis System)

• Thành phần phân tích dữ liệu không gian(Geographic Analysis

System): chồng xếp bản đồ, tạo vùng đệm, tìm vị trí thích nghi

 Dữ liệu: Đây là phần quan trọng nhất trong số các thành phần của hệ thống GIS Các dữ liệu địa lý, mối liên hệ của chúng và các bảng biểu liên kết có thể được thu thập hay mua từ nhiều nguồn khác nhau Dữ liệu trong GIS gồm có: i) Dữ liệu không gian (DLKG- Spatial Database) và ii) dữ liệu thuộc tính (DLTT - Attribute Database):

• DLKG: mô tả về mặt địa hình như hình dáng, vị trí của đặc trưng bề mặt trái đất, ví dụ như vị trí của khu đất trên bản đồ, hình dạng bề mặt khu vực v.v…

• DLTT: mô tả về tính chất và giá trị của đặc trưng đó, ví dụ như việc sử dụng đất, người sở hữu, giá trị khu đất, giá trị cao độ…

 Con người: Hiệu suất sử dụng GIS phụ thuộc rất lớn vào khả năng của người quản lý hệ thống và người lập kế hoạch phát triển ứng dụng GIS trong thực

tế GIS có thể được thiết kế sử dụng bởi nhiều chuyên gia của các lãnh vực khác nhau.

 Phương pháp: Sự thành công trong các thao tác với GIS phụ thuộc rất nhiều vào việc hoạch định phương pháp tiến hành công việc (đề cương chi tiết cho một dự án).

V Cấu trúc dữ liệu không gian và thuộc tính

Dữ liệu của một hệ thống thông tin địa lý có thể chia thành hai dạng: dữ liệu không gian (spatial data) và dữ liệu thuộc tính (non-spatial data).

 Dữ liệu không gian

Như chúng ta đã biết, bản đồ là một hình thức thể hiện dữ liệu không gian quen thuộc mà chúng ta thường gặp nhất Bản đồ trình bày các đối tượng theo các điểm, đường và vùng, chúng được đặt ở vị trí địa lý (tọa độ) nào đó Bản đồ thường được thể hiện ở dạng hai chiều Các chú thích trên bản đồ cho biết những thông tin hay định nghĩa các điểm, đường và vùng mà nó thể hiện, những thông tin, định nghĩa đó mang tính thuộc tính (non spatial).

Trong GIS, DLKG được thể hiện dưới dạng điểm, đường và vùng tương tự như bản

đồ thông thường Tuy nhiên, để quản lý bằng máy tính, dữ liệu không gian được tổ chức lưu trữ khác với bản đồ Thông tin về thực thể không gian trong GIS được mô

tả bằng 4 thành phần:

• Vị trí địa lý của đối tượng được miêu tả (không gian)

• Mối liên hệ của đối tượng đó trong không gian (không gian)

• Thời gian

• Thông tin thuộc tính của đối tượng (phi không gian)

Trong máy tính, dữ liệu không gian thường được thể hiện dưới các dạng sau:

• Điểm: được thể hiện bằng những biểu tượng dạng điểm

• Đường gấp khúc hay đoạn cong

• Vùng hay đa giác

VI Mô hình dữ liệu raster

Đây là hình thức đơn giản nhất để thể hiện dữ liệu không gian, mô hình raster bao gồm một hệ thống ô vuông hoặc ô chữ nhật được gọi là pixel (hay một phần tử của ảnh) Vị trí của mỗi pixel được xác định bởi số hàng và số cột Giá trị được gán vào pixel tượng trưng cho một thuộc tính mà nó thể hiện.

Kích thước của pixel càng nhỏ thì hình ảnh nó thể hiện càng sắc nét, thông số thể hiện độ sắc nét gọi là độ tương phản (resolution) Ảnh có độ tương phản cao, thì độ sắc nét càng cao, kích thước pixel nhỏ Tuy nhiên hai ảnh raster có cùng kích thước, nếu ảnh nào có độ tương phản cao thì file dữ liệu chứa nó sẽ lớn hơn.

Một ảnh raster thông thường bao gồm hàng triệu pixel Tuy nhiên, nhiều pixel gần nhau sẽ có cùng giá trị Người ta dùng nhiều phương pháp nén (data compression) khác nhau để giảm kích thước file ảnh raster như là phương pháp Run-Length Encoding, phương pháp Value Point Encoding và phương pháp Quadtrees.

VII Mô hình dữ liệu vector

Mô hình dữ liệu vector thể hiện vị trí chính xác của vật thể hay hiện tượng trong không gian Trong mô hình dữ liệu vector, người ta giả sử rằng hệ thống tọa độ là chính xác Thực tế mức độ chính xác được giới hạn bởi số chữ số dùng để thể hiện một giá trị trong máy tính, tuy nhiên nó chính xác hơn rất nhiều so với mô hình dữ liệu raster

Vật thể trên trái đất được thể hiện trên bản đồ dựa trên hệ tọa độ hai chiều x, y (Cartesian coordinate system), trên bản đồ vật thể có thể được thể hiện như là các điểm (point), đường (line) hay miền (area) Mô hình dữ liệu vector cũng tương tự như vậy, một vật thể dạng điểm (point feature) được mô tả dưới dạng cặp tọa độ x, y; một vật thể dạng đường (line feature) được mô tả dưới dạng một chuỗi cặp tọa

độ x, y;một vật thể dạng vùng được mô tả dưới dạng một chuỗi cặp tọa độ x, y với cặp tọa độ đầu trùng với cặp tọa độ cuối tạo thành đa giác kín (polygon).

 Bảng so sánh giữa mô hình dữ liệu Raster và Vector

PHẦN II: PHẦN MỀM MÃ NGUỒN MỞ QUANTUMGIS (QGIS)

 Tổng quan các phần mềm sử dụng trong đề tài

 Phần mềm mã nguồn mở QGIS 2.14 ESEN (tên trước đây là Quantum GIS) là phần mềm hệ thống thông tin địa lý (GIS) miễn phí mã nguồn mở cung cấp khả năng xem và phân tích dữ

liệu Có thể thay thế các phần mềm GIS khác như MapInfo, ArcGIS

 Đây là phần mềm tương đối mạnh và dễ sử dụng, chạy được trên các hệ điều hành : Windows, Linux,Android,BSD.

 Các tính năng chính của QGIS:

• QGIS hỗ trợ nhiều dạng dữ liệu: các lớp bản đồ tạo bởi

Arcview,MapInfo va Grass, các bảng thông tin tạo bởi PostGreSQL (thông qua PostGIS) Hỗ trợ WMS (Web Map Service),WFS (Web Feature Service)…

• Số hóa bản đồ và các công cụ kết nối GPS.

• Các tính năng biên tập bản đồ, tạo lưới kinh vĩ độ, chèn thang tỉ lệ…

• Phân tích không gian nhờ PostGis hoặc kết nối Grass.

• Thay đổi các tính năng thông qua Plug-in.

 Các cửa sổ làm việc chính:

QGIS cung cấp nhiều cửa sổ làm việc, tiện lợi cho người dùng Các cửa sổ chính trong QGIS:

-Cửa sổ hiển thị quản lý dữ liệu Trong cửa sổ này có một số cửa sổ con:

 Cửa sổ quản lý các dữ liệu (Các lớp)

 Cửa sổ duyệt dữ liệu (Trình duyệt)

 Cửa sổ hiển thị thuộc tính (Attribute Table)

Hinh1.1: Cửa sổ quản lý dữ liệu

Hình 1.2: Cửa sổ trang in

 Thiết lập các tham số hệ thống:

Thiết lập thông số có ý nghĩa rất quan trọng đối với người dùng Tùy theo nhu cầu, khả năng và thói quen người sử dụng người dùng có thể tự thiết lập các thông số phần mềm Công việc này sẽ bắt đầu từ việc chọn từ khóa Settings trên thanh công cụ

Hình 1.3: Màn Hình thiết lập

 Thiết lập thông tin phép chiếu:

Ở trong cửa sổ options ta chọn CRS khi đó xuất hiện giao diện như sau:

Hình 1.4: Thiết lập thông tin phép chiếu

Giao diện này gồm các thiết lập: Default CRS for new projects, CRS for new

layers, Default datum transformation

Default CRS for new projects

Chức năng này cho phép thiết lập phép chiếu mặc định khi tạo mới một dự án

(project)

CRS for new layers:

Chức năng này cho phép thiết lập phép chiếu khi tạo mới một lớp dữ liệu

Default datum transformation:

Chức năng này cho phép thiết lập tham số phép chiếu nguồn và đích cần chuyển đổi

WMS Server

WMS Server là một dịch vụ cung cấp bản đồ số trên Web Hiện nay, dịch vụ bản đồ theo chuẩn mở WMS của hiệp hội OpenGIS là một hướng nghiên cứu khá mới mẻ nhưng đầy tiềm năng tại Việt Nam

WMS bao gồm 2 thành phần chính là Web Map Server và Web Map Client

• Web Map Server

Web Map Server là phần dịch vụ bản đồ chạy trên Server, nó có nhiệm vụ cung cấp các chức năng chính như:

-Tạo bản đồ (dưới dạng đồ họa, ảnh, tập tin dữ liệu địa lý ).

-Trả lời các câu truy vấn của Web Map Client về nội dung bản đồ.

• Web Map Client

Web Map Client (Web Browser hay 1 Application) có chức năng gửi các yêu cầu (Request) đến Web Map Server về các thuộc tính của Bản đồ hay yêu cầu hiển thị bản

đồ dưới dạng 1 URL Nội dung của URL phụ thuộc rất nhiều vào dịch vụ do Web Map Server cung cấp:

-Yêu cầu tạo bản đồ, tham số URL chỉ ra phạm vi địa lý của bản đồ, hệ tọa độ, kiểu thông tin được sử dụng, dạng lưu trữ bản đồ, kích thước, kết quả

-Yêu cầu truy vấn nội dung bản đồ, tham số URL phải chỉ ra lớp thông tin bản đồ cần truy vấn, vị trí cần truy vấn.

-Yêu cầu cung cấp thông tin về khả năng phục vụ của WMS Server.

thước, góc nghiêng…Trình quản lý kiểu cho phép người dùng thêm, chỉnh sửa, xóa, xuất, nhập các biểu tượng dưới định dạng XML

Hình 1.5: Chọn Settings  Style Manager

Hình 1.6: Trình quản lý kiểu

Thêm kiểu: Cho phép tạo mới và lưu trữ kiểu cho các đối tượng điểm, đường, vùng

Để thực hiện lệnh này ta chọn thực đơn Options>Style Manager…>Thêm: Chọn

Marker đối với dữ liệu dạng điểm, Đường với dữ liệu dạng đường, Fill cho dữ liệu

dạng vùng, Color ramp là dải màu

Hình 1.7: Định nghĩa kiểu hiển thị điểm

Biểu tượng dạng điểm:

Mỗi đối tượng dạng điểm có thể được biểu diễn bởi 1 hoặc nhiều biểu tượng khác nhau nằm chồng lên nhau, lấy từ thư viện của Qgis hoặc của hệ điều hành

Thiết lập biểu tượng từ thư viện của Qgis

- Symbol layer type, chọn Single marker

- Border color: Chọn màu cho đường bao quanh biểu tượng

- Fill color: Tô màu cho biểu tượng

- Kích thước: Đặt kích thước cho biểu tượng

- Góc: Xoay biểu tượng 1 góc cho trước

- Offset x,y: Dịch biểu tượng khỏi tâm theo chiều x,y

Trong cửa sổ Symbol layer, ta có thể chọn thêm/bớt nhiều biểu tượng dùng để biểu diễn cho 1 đối tượng nào đó bằng cách nhấp vào dấu cộng/trừ , sắp xếp các biểu tượng lên trên/xuống dưới bằng cách nhấp vào dấu lên/xuống

Sau khi thiết lập xong các thong số trên, nhấp chuột vào nút OK Khi đó xuất hiện hộp

thoại yêu cầu đặt tên cho biểu tượng Nhấp OK để kết thúc việc tạomới 1 biểu tượng

Sau khi đã xây dựng xong bộ biểu tượng, ta có thể kết xuất thư viện này thành dạng

file *.XML: Nhấp chuột vào nút Export…Khi đó xuất hiện hộp thoại:

Hình 1.8: Kết xuất Style

 Thiết lập tùy chọn

Thiết lập tùy chọn cho phép người dùng thay đổi một số các thiết lập mặc định ban đầu của phần mềm Để tiện cho công việc, người dùng có thể thay đổi được các thông số này

Hình 1.9: Các Tùy chọn trong QGIS

Tổng quát:

Thẻ này cho phép thiết lập các thông số tổng quát nhất của QGIS Các thiết lập này bao gồm 4 nội dung: Các tập tin dự án, Diện mạo mặc định của bản đồ, Ứng dụng, Đường dẫn đến các chức năng mở rộng

Nếu đánh dấu vào lựa chọn thứ nhất: làm cho đối tượng đường được hiển thị mượt hơn nhưng tốc độ hiển thị sẽ chậm.

Đánh dấu vào lựa chọn thứ hai: loại trừ khoảng trống giữa các đối tượng vùng

Tính tương thích: Dùng bộ biểu tượng thế hệ mới để kết xuất

Canvas & Legend

Thiết lập các thông số mặc định hiển thị khi được chọn; thông số hiển thị tên lớp (layer), nhóm lớp (group)

Các công cụ bản đồ (Map Tools)

Thiết lập các thông số: nhận diện, định nghĩa các đơn vị đo lường, đặt tỷ lệ thu

Chức năng GDAL (Geospatial Data Abstraction Library) thiết lập thư viện đọc và ghi

các định dạng dữ liệu không gian Raster

Lướt web nhanh hơn (do proxy có sử dụng cache đệm)

Có thể lợi dụng proxy để vào 1 số web mà ISP của bạn không cho vào (vượt tường lửa - Firewall)

Lướt web an toàn hơn

Ví dụ để mua hàng ở 1 website nào đó

 Các công cụ để tạo mới và chỉnh sửa

-Bật/Tắt chỉnh sửa (cho phép hoặc không cho phépchỉnh sửa lớp)

-Thêm 1 đối tượng mới dạng đường (tạo mới một đốitượng đường)

-Thêm 1 đối tượng mới dạng điểm (tạo mới một đốitượng điểm)

-Thêm 1 đối tượng mới dạng vùng (tạo mới một đốitượng vùng)

-Di chuyển đối tượng (kéo và thả đối tượng được chọnđến vị trí mới)

-Công cụ note (chỉnh sủa hình dạng của đối tượng)

-Xoá đối tượng (xoá 1 hoặc nhiều đối tượng đượcchọn)

-Cắt đối tượng (xoá và sao lưu vào bộ nhớ đệm 1 hoặcnhiều đối tượng được chọn)

-Copy đối tượng (sao lưu đối tượng vào bộ nhớ đệm)-Dán đối tượng (thêm đối tượng mới từ bộ nhớ đệm)-Ghi lại những thay đổi và tiếp tục (ghi lại những thayđổi)

Biểu tượng Công dụng

-Thêm vòng (tạo ra 1 đa giác rỗng ở giữa mà phạm vicủa đa giác mới bao gồm trong và ngoài)

-Thêm phần (thêm vào đa giác cũ 1 phần đa giác bênngoài)

-Xoá vòng (xoá bỏ phần rỗng ở giữa đa giác)-Xoá phần (xoá bỏ 1 phần của đối tượng multy màkhông xoá phần khác, có thể làm việc với các đối tượngdạng điểm, đường, vùng)

-Cắt các đối tượng (chia đối tượng thành các phần)

-Chỉnh lại hình dạng đối tượng (vẽ lại hình dạng đốitượng)

-Gộp các đối tượng được chọn (gộp các đối tượng córanh giới chung và cùng 1 thuộc tính)

-Kết hợp các thuộc tính của các đối tượng đượcchọn(Gộp các thuộc tính mà không gộp ranh giới)

-Xoay biểu tượng điểm (tạo ra 1 góc bao nhiêu độ sovới điểm trước đó)

-Đơn giản hóa đối tượng

 Các Thanh công cụ của QGIS: